變頻調(diào)速與永磁調(diào)速技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

　　目前，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法主要有變頻調(diào)速、液耦調(diào)速以及永磁調(diào)速等方法。變頻調(diào)速是目前應(yīng)用最廣，技術(shù)相對(duì)成熟的調(diào)速技術(shù)；永磁調(diào)速是一種透過(guò)氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩的“革命性”傳動(dòng)技術(shù)，因其高效節(jié)能、簡(jiǎn)單可靠、震動(dòng)噪音小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)速領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣；而液耦調(diào)速由于調(diào)節(jié)精度低、調(diào)速范圍有限、低速轉(zhuǎn)差損耗大、控制精度低、線性度差、響應(yīng)慢、容易漏液等原因，其運(yùn)用正在逐步減少。

　　本文主要針對(duì)永磁調(diào)速和變頻調(diào)速兩種調(diào)節(jié)方式，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行了比較和分析。

　　1 永磁調(diào)速和變頻調(diào)速的基本原理

　　永磁調(diào)速是一種透過(guò)氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)技術(shù)。它以現(xiàn)代磁學(xué)為基本理論基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的氣隙或耦合面積，來(lái)改變負(fù)載端的輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)控制負(fù)載端流量或壓力的變化。 永磁調(diào)速裝置主要由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器三部分組成。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子固定在電動(dòng)機(jī)軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定在負(fù)載轉(zhuǎn)軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間無(wú)機(jī)械連接，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，切割磁力線產(chǎn)生渦電流，該渦電流在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，使導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子間互相拉動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸。永磁調(diào)速的特點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，當(dāng)負(fù)載端的控制信號(hào)（如壓力、流量等）變化后，由執(zhí)行器對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和轉(zhuǎn)換，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間空氣間隙的大小，來(lái)改變負(fù)載端功率的輸出。

　　變頻調(diào)速的基本原理為：異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對(duì)數(shù)p三個(gè)參數(shù)有如下線性關(guān)系：

　　n = 60f （ 1 - s ） / p。

　　改變其中任何一個(gè)參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過(guò)改變電源頻率f 的方式來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的。根據(jù)泵的相似定律，可知泵的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速，軸功率會(huì)大大降低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　2 永磁調(diào)速和變頻調(diào)速的技術(shù)性比較

　　永磁調(diào)速和變頻調(diào)速都是高效節(jié)能的調(diào)速技術(shù)，但是二者從原理、構(gòu)造、使用維護(hù)以及對(duì)運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)能力等都有明顯的差異。下面從安裝、運(yùn)行和檢修維護(hù)三方面對(duì)兩種調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析：

　　永磁調(diào)速和變頻調(diào)速技術(shù)性比較

　　項(xiàng)目 永磁調(diào)速 變頻器調(diào)速

　　工作原理 無(wú)機(jī)械連接，氣隙傳遞扭矩 電子變頻率

　　安裝 安裝難度 容易 難

　　軸系找中 電機(jī)軸和泵軸之間無(wú)機(jī)械連接，

　　軸系找中要求低 電機(jī)軸和泵軸之間機(jī)械剛性連接，軸系找中要求高

　　附屬?gòu)S房及設(shè) 備安裝工作量 除了兩軸之間永磁裝置和永磁 執(zhí)行器之外無(wú)其他附件，安裝工 作簡(jiǎn)易 由于變頻器電氣元件對(duì)環(huán)境要 求很高，整套變頻系統(tǒng)除了變 頻設(shè)備和連接電纜之外，需要 設(shè)置單獨(dú)的帶空調(diào)設(shè)備的變頻 器室，來(lái)確保變頻器安全穩(wěn)定 運(yùn)行，所以附屬房間和設(shè)備的工作量很大。

　　運(yùn)行 效率 96%～99% 98%以上（進(jìn)口），96%（國(guó)產(chǎn)）

　　輸入電壓敏感 無(wú)電氣元件，對(duì)輸入電壓要求很 低 對(duì)輸入的電壓敏感，不同電壓 等級(jí)的變頻器設(shè)置不同，電壓等級(jí)越高，設(shè)置越復(fù)雜。

　　過(guò)載保護(hù) 通過(guò)滑差來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù) 過(guò)流保護(hù)

　　系統(tǒng)減震 由于軸系之間無(wú)機(jī)械剛性連接， 且泵在最佳工況下運(yùn)行，可以有效地降低震動(dòng)。 由于變頻器只是對(duì)電機(jī)進(jìn)行控 制，泵與電機(jī)之間還是傳統(tǒng)的

　　機(jī)械連接

　　運(yùn)行環(huán)境要求 可適用于室外、高粉塵、礦井、

　　輪船等惡劣環(huán)境 需要防雷，空調(diào)，防塵，對(duì)環(huán)境

　　要求很高

　　能頻繁啟停 是 否

　　響應(yīng)速度 較慢 快

　　調(diào)節(jié)精度 較高 很高

　　增加軸承油封

　　和系統(tǒng)壽命 是 否

　　軟啟動(dòng) 空載啟動(dòng) 低頻啟動(dòng)

　　輸入功率因數(shù) 同電機(jī) 低于電機(jī)

　　電力諧波 無(wú) 較高

　　使用壽命 25 年以上 10 年左右

　　維護(hù) 與檢 修 故障查找難度 容易 較難

　　故障點(diǎn)數(shù)量 最少 較多

　　軸承油封更換 頻率 極低 高

　　維護(hù)難易度 只需要鉗工對(duì)永磁機(jī)械設(shè)備進(jìn) 行維護(hù)，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)檢修時(shí) 間短，人員要求低。 需要電氣專(zhuān)業(yè)工程師對(duì)變頻設(shè) 備進(jìn)行檢查，由于變頻器電氣 元件和設(shè)備復(fù)雜，所需人員要

　　求和時(shí)間也較高。

　　通過(guò)對(duì)比可以看出，永磁調(diào)速技術(shù)在效率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度三個(gè)方

　　面略比變頻差，其余方面都是要比變頻調(diào)速有優(yōu)勢(shì)。

　　3 永磁調(diào)速和變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)對(duì)比

　　以某發(fā)電廠每臺(tái)機(jī)組配兩臺(tái)50%的凝結(jié)水泵，對(duì)兩種調(diào)速方式在造價(jià)、安裝調(diào)試、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，見(jiàn)下表：

　　凝結(jié)水泵永磁調(diào)速和變頻調(diào)速經(jīng)濟(jì)對(duì)比

　　項(xiàng)目 永磁調(diào)速 變頻器調(diào)速

　　凝結(jié)水泵 揚(yáng)程300mH2O，流量600m3/h， 電機(jī)功率650kW，電壓等級(jí)6kV

　　造價(jià) 調(diào)速器價(jià)格 進(jìn)口設(shè)備：108 萬(wàn)元/臺(tái) 進(jìn)口設(shè)備：130 萬(wàn)元/臺(tái)

　　材料配件 1萬(wàn)元 8萬(wàn)元（變頻電纜5萬(wàn)元，制冷空調(diào)3萬(wàn)元）

　　數(shù)量 2 1

　　附屬?gòu)S房造價(jià) 無(wú)附屬?gòu)S房 變頻室（4*9M）：10.8萬(wàn)元

　　小計(jì)

　　217萬(wàn)元 進(jìn)口設(shè)備：148.8萬(wàn)元

　　運(yùn)營(yíng)成本 純機(jī)械結(jié)構(gòu) 制冷系統(tǒng)年耗能（5.6%）：12.74萬(wàn)元/年

　　維護(hù)成本 潤(rùn)滑油脂等維護(hù)：0.2萬(wàn)元/年 模塊損壞更換等1萬(wàn)元/年

　　總體來(lái)說(shuō)， 無(wú)論從初投資還是后續(xù)運(yùn)營(yíng)及維護(hù)，凝結(jié)水泵采用永磁較進(jìn)口變頻調(diào)速造價(jià)要經(jīng)濟(jì)。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)分析可知，相比于變頻調(diào)速技術(shù)，永磁調(diào)速在傳遞效率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度方面略低于變頻調(diào)速，但在泵組的安裝、調(diào)試、檢修方面，要比變頻簡(jiǎn)單、方便，在使用壽命、運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)性、泵組減震降噪、軟啟動(dòng)、過(guò)載保護(hù)、對(duì)電網(wǎng)諧波影響等方面的性能，都要優(yōu)于變頻調(diào)速；經(jīng)濟(jì)方面，永磁設(shè)備現(xiàn)階段都依賴(lài)于進(jìn)口，設(shè)備價(jià)格昂貴，工程初期投資要高于進(jìn)口變頻設(shè)備，如果考慮到設(shè)備壽命，永磁調(diào)速的初期投資比變頻調(diào)速的投資低，并且運(yùn)行成本比變頻節(jié)省，所以總體來(lái)講，永磁調(diào)速相比于進(jìn)口變頻調(diào)速裝置要更經(jīng)濟(jì)。

　　總之，永磁調(diào)速是一種技術(shù)先進(jìn)的新型節(jié)能調(diào)節(jié)技術(shù)，為電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能提供了一種新的選擇。目前，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)間還比較短，隨著產(chǎn)品的應(yīng)用，運(yùn)行可靠性得到充分證明后，將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。